JP2970445B2

JP2970445B2 - Ｓｉ添加高張力鋼材の溶融亜鉛めっき方法

Info

Publication number: JP2970445B2
Application number: JP31089494A
Authority: JP
Inventors: 雅彦堀; 俊夫中森; 啓司三木
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-12-14
Filing date: 1994-12-14
Publication date: 1999-11-02
Anticipated expiration: 2014-11-02
Also published as: JPH08170159A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はSi添加高張力鋼材の改善
された溶融亜鉛めっき方法に関し、特に自動車用鋼板と
して好適な溶融亜鉛めっき鋼板および合金化溶融亜鉛め
っき鋼板を製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、家電、建材、及び自動車の産業分
野においては、防錆鋼板として比較的安価に製造できる
溶融亜鉛めっき鋼板が大量に使用されており、とりわけ
経済性とその防錆機能、塗装後の性能の点で、合金化溶
融亜鉛めっき鋼板が広く用いられている。

【０００３】溶融亜鉛めっき鋼板は、適当な脱脂洗浄工
程を経た後、または脱脂洗浄を行うことなく、鋼板を弱
酸化性または還元性雰囲気で予熱し、次いでH₂＋N₂の還
元性雰囲気 (還元炉) で鋼板を焼鈍還元し、その後、鋼
板をめっき温度付近まで冷却し、溶融亜鉛めっき浴に浸
漬し、めっき浴出口で付着量を制御する (例、ガスワイ
ピングノズルで) という連続溶融亜鉛めっき法により一
般に製造される。めっき付着量は、片面当たり20〜150
g/m²の範囲内が普通である。20 g/m² 以下の付着量のめ
っき層は通常の溶融亜鉛めっき法では製造が困難であ
る。また、例えば、自動車車体用等として、鋼板の片面
のみを溶融めっきする方法も開発されている。

【０００４】溶融亜鉛めっきにおいては、予熱時に鋼板
表面に 80 nm (酸化鉄付着量としてはFe換算で0.04 g/m
² 、ただしFe₂O₃中のFeとして換算) 程度の薄い酸化皮
膜が形成される方が、溶融亜鉛との濡れ性の点で望まし
いとされるが、それ以上の厚さの酸化皮膜は、むしろド
ロス発生、溶融めっきの密着性の点で悪影響があると考
えられている。

【０００５】溶融亜鉛めっき層は、めっき／鋼界面での
Fe−Zn合金層の形成によって鉄素地に密着するが、これ
らは金属化合物であるため硬くて脆い。従って、この合
金層の形成を抑制して、合金層が必要以上に厚くなるの
を阻止するために、めっき浴中に0.08〜0.18wt％のAlを
存在させる。それにより、皮膜加工性が保持されると共
に、めっき皮膜の耐パウダリング性が確保され、製造時
のドロスの発生が抑制される。Alはめっき時にめっき層
中に富化する傾向があるため、めっき皮膜中のAl濃度は
0.12〜0.25wt％の範囲となる。

【０００６】合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、上記方法で
連続的に溶融亜鉛めっきされた鋼板を、めっき浴から出
た直後に、熱処理炉で 500〜600 ℃程度の材料温度に３
〜60秒加熱することにより、亜鉛層と鋼素地との間の相
互拡散によってめっき層全体をFe−Zn合金化したもので
ある。めっき層はFe−Zn金属間化合物となり、一般にそ
の平均Fe濃度は８〜12wt％である。

【０００７】合金化溶融亜鉛めっき鋼板のめっき付着量
は、通常は片面当たり25〜70 g/m²程度である。付着量
が70g/m²を上回るものは、合金化しためっき層の耐パウ
ダリング性を確保することが困難なため、合金化溶融亜
鉛めっき鋼板においては一般に供給されていない。合金
化溶融亜鉛めっき鋼板の場合も、上記と同様の目的でめ
っき浴にAlを存在させるが、Alは溶融めっき後の合金化
反応についても抑制効果を発揮するので、めっき浴中の
Al濃度は0.08〜0.11wt％と、上記範囲内で低めの濃度に
抑えるのが普通である。この場合、めっき皮膜中のAl濃
度は0.12〜0.20wt％の範囲となる。

【０００８】これらのめっき鋼板の母材は、従来は低炭
素Alキルド鋼板、極低炭素Ti添加鋼板等が主流であった
が、自動車材料の高強度化の要求に伴い、延性および靱
性に優れた材料を得るため、Si添加鋼が用いられようと
している。

【０００９】しかし、Siを添加した鋼材は、0.05wt％を
超えて添加すると溶融亜鉛めっき後の合金化速度が著し
く遅延し、0.2 wt％を超えると不めっきが発生するとい
った問題を抱えている。これらの原因はいずれも、めっ
き前の焼鈍過程で鋼板表面にSi酸化物が濃化することに
あると考えられている。即ち、この表面濃化したSi酸化
物が熱処理中の合金化反応を抑制し、またSi酸化物は溶
融亜鉛による濡れ性が悪いため、不めっきを引き起こす
のである。

【００１０】特に、鋼の成形性を向上させるため、Ti添
加極低炭素鋼をベースにSiを添加したSi添加鋼では、再
結晶化のための焼鈍温度が800 ℃以上と高くなるため、
鋼板表面へのSi酸化物の濃化が一層顕著となり、合金化
の遅延や不めっきの問題が甚だしかった。

【００１１】この問題を解決するため、合金化処理の促
進については、プレFeめっきを行う方法 (特開昭57−79
160 号公報) が提案されている。しかし、電気めっき工
程が加わるため、設備コストおよび生産コストが大幅に
増大するなどの問題があり、実用的ではない。

【００１２】また、不めっきの防止のついては、無酸化
炉において鋼板表面に厚膜の酸化皮膜を形成した後、還
元炉で焼鈍する方法 (特開昭55−122865号公報) 、無酸
化炉を経由していない鋼板を、露点の異なる２ゾーン以
上に分割された還元炉内で、酸化皮膜厚みを第１ゾーン
で 100〜1000Åに、第２ゾーンで 200Å以下に制御する
ように還元を行う方法 (特開平５−271894号) などが提
案されている。しかし、前者の方法は効果が十分でな
く、また後者の方法では制御が困難であり、やはり目標
通りの効果を達成することが難しい。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】従って、Si添加高張力
鋼材の溶融亜鉛めっきにおいては、経済的かつ効率的
に、しかも確実に高品質の溶融亜鉛めっき鋼板および合
金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造する方法が求められてい
る。

【００１４】この要請に応えたSi添加高張力鋼材の溶融
亜鉛めっき方法を確立することが本発明の目的である。
具体的には、Si＞0.05wt％の鋼材の合金化処理速度を促
進させ、Si＞0.2 wt％の鋼材の濡れ性を向上させ、それ
によって効率的で経済性の高い、溶融亜鉛めっき鋼板お
よび合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法を提供するこ
とである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、Si添加鋼
の焼鈍条件とガス雰囲気を検討した結果、Fe換算量で0.
05 g/m² 以上の酸化鉄が存在した状態で750 ℃以上に加
熱し、再結晶焼鈍を行った後、750 ℃未満で還元させる
と、Si酸化物の表面濃化が著しく抑制され、上記目的を
達成できることを見出した。

【００１６】ここに、本発明の要旨は、下記のおよび
である。 Si＞0.05wt％の高張力鋼材を、Fe換算で0.05g/m²以
上、1.0 g/m²以下の酸化鉄量となるように予備加熱で酸
化させ、次いで750 ℃以上、900 ℃以下の温度の非還元
性雰囲気中で酸化鉄量がFe換算で1.0 g/m²を超えないよ
うに熱処理し、この雰囲気中で750 ℃以下まで冷却した
後、750 ℃未満、550 ℃以上の還元性雰囲気中で還元
し、溶融亜鉛めっきを施し、さらに合金化熱処理を行っ
て合金化溶融亜鉛めっき鋼材を得ることを特徴とする、
Si添加高張力鋼材の溶融亜鉛めっき方法。

【００１７】Si＞0.2 wt％の高張力鋼材を、Fe換算で
0.05g/m²以上、1.0 g/m²以下の酸化鉄量となるように予
備加熱で酸化させ、次いで750 ℃以上、900 ℃以下の温
度の非還元性雰囲気中で酸化鉄量がFe換算で1.0 g/m²を
超えないように熱処理し、この雰囲気中で750 ℃以下ま
で冷却した後、750 ℃未満、550 ℃以上の還元性雰囲気
中で還元し、溶融亜鉛めっきを施して溶融亜鉛めっき鋼
材を得ることを特徴とする、Si添加高張力鋼材の溶融亜
鉛めっき方法。

【００１８】

【作用】以下、本発明についてさらに詳しく説明する。
なお、以下の説明において、％は特に指定のない限りwt
％であるが、ガス組成に関する％は vol％である。ま
た、以下の説明では、めっき母材が鋼板である場合につ
いて説明するが、本発明の方法は原理的には鋼板の溶融
亜鉛めっきに限定されるものではなく、管、棒、異形材
などの他の鋼材についても適用可能であることはいうま
でもない。

【００１９】上記の方法におけるSi添加溶融亜鉛めっ
き鋼板の合金化速度は、特開昭55−122865号公報に記載
のように2.0 g/m²以上の厚膜の酸化鉄皮膜を形成した鋼
板を750 ℃以上で還元焼鈍してから溶融亜鉛めっきした
鋼板の合金化速度より速くなる。また、上記方法により
溶融亜鉛めっきを行うと、Si＞0.2 wt％の高Si鋼板に起
こり易かった不めっきを確実に防止することができる。

【００２０】その理由については、次のように推測され
る。Si酸化物の表面濃化は、750 ℃以上の高温で起こり
易い。Siが鋼表面で酸化されて酸化物になると、表面付
近のSiが不足して鋼中Siが表面に拡散し、酸化されると
いう過程を繰り返して、Si酸化物の表面濃化が起こる。

【００２１】しかし、本発明の方法では、表面に適量の
酸化鉄皮膜が存在するので、Siの酸化反応は、この酸化
鉄の表面か、或いは酸化鉄／鋼板の界面で起こることに
なる。前者は酸化鉄中をSiが拡散しなければならず、後
者は酸化鉄中を酸素が拡散しなければならない。これら
の拡散のための移動速度は、750 ℃以上の高温において
も、酸化物 (酸化鉄) 中での移動速度の方が、金属
(鋼) 中での移動速度より遅い。従って、酸化物である
酸化鉄皮膜が鋼板表面に存在している状態では、高温時
にSi酸化物が表面濃化する現象は抑制されることにな
る。即ち、750 ℃以上の高温加熱が必要な焼鈍を、酸化
鉄皮膜が表面に存在し続けるように非還元性雰囲気で
(還元させずに) 行えば、焼鈍中のSi酸化物の表面濃化
を抑制することができる。

【００２２】その後、750 ℃未満の比較的低温で還元さ
せる。この還元により、鋼板表面は還元鉄で被覆される
ことになるが、還元鉄は反応性が高く、合金化を促進さ
せる。また、750 ℃未満の低温では、Siの酸化は起こり
にくいので、還元鉄表面にSi酸化物が濃化することは少
なく、Si酸化物による合金化の遅延が起こりにくい。さ
らに、鋼板表面が反応性の高い還元鉄であって、しかも
Si酸化物の表面濃化が少ないため、めっき密着性がよ
く、Si＞0.2 ％の高Si鋼板であっても不めっきが起こら
ない。

【００２３】本発明のめっき方法におけるめっき母材
は、主として連続溶融亜鉛めっき装置においてライン内
還元焼鈍を必要とする鋼板 (例、冷延鋼板) であるが、
本発明方法の熱処理過程での機械的特性の変化を特に問
題としなければ、熱延鋼板等のライン外焼鈍を行う鋼板
についても適用可能である。

【００２４】本発明方法で対象とする鋼種はSi添加高張
力鋼である。本発明方法によれば、Si＞0.05％鋼では、
溶融亜鉛めっき後の合金化処理を促進することができる
ので、Si＞0.05％鋼については合金化溶融亜鉛めっき鋼
板の製造に本発明方法を適用する。Si＞0.2 ％鋼では、
合金化促進に加えて、不めっきの防止を図ることができ
る。従って、Si＞0.2 ％鋼では、合金化溶融亜鉛めっき
鋼板に加えて、溶融亜鉛めっき鋼板の製造にも本発明方
法を適用する。Si添加量の上限は特に限定されないが、
鋼板の延性および靱性が良好な領域として3.0 ％程度が
上限となる。

【００２５】母材鋼板のその他の成分は特に制限され
ず、Feと不可避不純物以外に、Ｃ、Ｓ、Ｐ、Mn、Ti、M
g、Cr、Ni、Cu、Nb、Ta、Alなどの１種もしくは２種以
上の元素を含有することができる。高張力鋼板の機械的
特性を低下させないため、これらの元素は、次に示す鋼
中濃度とすることが好ましい。Ｃ＜0.2 ％、Ｓ＜0.03
％、Ｐ＜0.2 ％、Mn＜2.0 ％、Ti＜0.1 ％、Mg＜1.0
％、Cr＜2.0 ％、Ni＜2.0 ％、Cu＜2.0 ％、Nb＜0.1
％、Ta＜0.1 ％、Al＜0.1 ％。その他の元素について
は、各元素につき0.01％未満で、合計で2.0 ％以下まで
とすることが好ましい。

【００２６】図１に、本発明の方法を連続的に実施する
のに利用できる合金化溶融亜鉛めっき鋼板製造装置 (合
金化熱処理炉を備えた連続溶融亜鉛めっきライン) の１
例を示す。この図を参照しながら、以下、本発明方法を
工程順に説明する。

【００２７】脱脂工程冷延または熱延を受けた母材鋼板は、まず、必要に応じ
て脱脂される。脱脂は、例えば、約60℃の２〜３％水酸
化ナトリウム水溶液中に10〜300 秒間浸漬することによ
り行われる。或いは、トリクレン、シンナーなどの有機
溶剤脱脂、オルソ珪酸ソーダ水溶液中での電解脱脂など
も可能である。

【００２８】酸化工程必要により脱脂された鋼板は、十分水洗され、ドライヤ
ーにおいて熱風などで乾燥した後、予備加熱炉に入り、
炉内を通過する間に、Fe換算で0.05 g/m² 以上、1.0 g/
m²以下の酸化鉄量となるよう酸化される。この酸化はど
の温度領域で行ってもよいが、酸化反応の速度や制御の
容易さを考慮すると、 500〜750 ℃の温度領域で酸化さ
せることが好ましい。

【００２９】この予備加熱炉では、バーナー加熱、通電
加熱、誘導加熱、赤外加熱などの加熱方式によって、酸
化に必要な温度 (例、 500〜750 ℃の範囲内) に鋼板を
昇温させる。炉内雰囲気は、炉内での昇温中に、上記範
囲内の酸化鉄量の酸化皮膜が鋼板表面に生成するように
選択する。好ましい雰囲気は、酸素(O₂)を５〜20,000pp
m含み、残りが不活性ガス (N₂が安価で好ましい) から
なる酸化性雰囲気である。O₂のかわりにH₂O を、N₂の代
わりにAr、He等の希ガスを使用してもよい。バーナー加
熱方式の場合には、空気と燃料ガスの混合比 (空燃比)
を1.0 以上とすることにより、酸化させることも可能で
ある。

【００３０】予備加熱炉での鋼板表面の酸化は、Fe換算
での酸化鉄量が0.05g/m²以上、1.0g/m²以下となるよう
に行う。下限を0.05 g/m² とするのは、これより酸化鉄
量が少ないと、次の高温焼鈍時にSi酸化物の表面濃化を
有効に抑制することができないからである。また、1.0
g/m²より酸化鉄量が多いと、炉内に酸化鉄のピックアッ
プなどが起こり、表面欠陥の原因となる。

【００３１】焼鈍工程予備加熱炉で酸化した鋼板は、次いで焼鈍炉に入る。焼
鈍炉を通過する間に、鋼板を還元させずに、最高到達温
度が750 ℃以上、900 ℃以下になるように昇温し、この
温度に短時間保持して再結晶させた後、次の還元炉に入
るまでに750 ℃以下の還元温度に冷却することで焼鈍を
行う。焼鈍は、圧延、特に冷間圧延中に生じた歪みを除
去し、適正な材料特性 (延性、靱性など) を得るために
必要である。

【００３２】この焼鈍は、焼鈍中に還元を生じさせない
ように、非還元性雰囲気中で行う。焼鈍中に還元が起こ
ると、還元で生じた金属鉄 (還元鉄) 中では、酸化鉄中
に比べてSiが速く拡散するので、750 ℃以上の高温のた
めSi酸化物の表面濃化が起こり易くなり、不めっき防止
や合金化促進という目的を達成することができなくな
る。また、焼鈍は高温で行うため、雰囲気の酸化性が強
いと酸化がさらに著しく進行し、焼鈍炉内で酸化鉄のピ
ックアップが起こるだけでなく、次の還元工程で酸化鉄
を還元しきれず、不めっきが発生することもある。その
ため、焼鈍雰囲気は、酸化行程の雰囲気より酸化性が著
しく弱い、微酸化性または実質的に不活性の雰囲気とす
ることが好ましい。

【００３３】焼鈍に適した実質的に不活性または微酸化
性の雰囲気ガスガスとしては、(a)O₂を１〜200 ppm 含
み、残りがN₂からなるN₂-0₂ ガス、及び(b) 0.4 ≦Ｐ(H
₂O)/Ｐ(H₂)≦ 1.0程度のH₂O-H₂-N₂ ガスが挙げられる。
酸化工程と同様に、N₂の代わりにAr、He等の希ガスを使
用してもよい。これらのガスのO₂またはH₂O 濃度の下限
は、Feの還元を生じさせない最小濃度であり、上限は高
温の焼鈍炉内での鉄の酸化を著しく促進しないような濃
度である。

【００３４】焼鈍炉内のガス雰囲気を上記のように保持
するために、予備加熱炉と焼鈍炉の間の雰囲気を遮断す
ることが好ましい。この雰囲気の遮断は、予備加熱炉と
焼鈍炉の間に、シールロールやスロートを設けるか、ま
たはエアーカーテンなどのガスシールドにより達成され
る。予備加熱炉内の酸化性がより高いガスが、より高温
の焼鈍炉に侵入すると、焼鈍炉内で酸化が促進されす
ぎ、上記のような弊害が起こることがある。

【００３５】焼鈍炉では非還元性雰囲気中で750 ℃以上
の高温に加熱されるため、焼鈍中に鉄の酸化がいくらか
起こることもあるが、焼鈍中に生成した酸化鉄量はFe換
算で0.3 g/m²以下であれば、特に影響はない。しかし、
この工程で生成した酸化鉄量がFe換算で0.3 g/m²を超え
ると、Siの酸化が起こり易い750 ℃以上の温度のため、
酸化鉄皮膜中にSi酸化物が混入し、これが次の還元工程
で還元できないため、溶融亜鉛の濡れ性の劣化や、合金
化速度の遅延を引き起こすこともある。従って、微酸化
性雰囲気の場合には、焼鈍炉内での酸化鉄の生成量がFe
換算で０．３ｇ／ｍ^２以下となるように雰囲気を調整
することが好ましい。

【００３６】また、この焼鈍工程で生成した酸化鉄を含
めて、酸化鉄量が酸化工程で規定した上限値の1.0 g/m²
を超えないようにする。従って、酸化工程で生じた酸化
鉄量が多めの時は、酸化鉄量が1.0 g/m²を超えないよう
に焼鈍雰囲気の調整が必要である。

【００３７】焼鈍は、最高到達温度 (以下、焼鈍温度と
いう) が750 ℃以上、900 ℃以下という条件で行う。75
0 ℃未満で再結晶する鋼は高温でSi酸化物が生じる問題
がなく、本発明方法を適用する必要がない。900 ℃が上
限となるのは、それより高い温度で焼鈍すると、鋼板が
軟化して板の形状が保持できず、破断の危険性もあるか
らである。

【００３８】焼鈍炉での昇温は、誘導加熱、通電加熱、
ラジアントチューブ、赤外加熱などの加熱方式で達成す
ることができる。焼鈍が目的であるため、焼鈍炉内での
昇温速度は特に制限されないが、昇温中の酸化を可及的
に抑制するため、および生産効率からも、急速加熱が好
ましい。実際には、上記のガス雰囲気であれば、10℃/s
以上、特に10〜100 ℃/sの昇温速度で十分である。ま
た、焼鈍温度への保持時間は、再結晶に必要な時間であ
るが、材料特性が良好であれば１秒程度で十分である。
加熱方式やその制御方法にも依存するが、実際の保持時
間は10〜100 秒程度となろう。

【００３９】焼鈍温度の鋼板を次の還元炉に直ちに送る
と、750 ℃以上の高温で鋼板表面の酸化鉄皮膜が還元を
受けて還元鉄が生成するため、Si酸化物の表面濃化が起
こり易くなる。そのため、還元炉に送る前に鋼板温度が
750 ℃以下に下がるように、、焼鈍炉内または還元炉へ
の移送中に鋼板を焼鈍と同様の雰囲気中で冷却する。こ
の時の冷却速度は特に制限されないが、５〜20℃/sが好
ましい。

【００４０】還元工程酸化後に非還元性雰囲気中で焼鈍した鋼板は、還元炉内
を通過する間に、750℃未満、550 ℃以上の温度で還元
して、鋼板表面の酸化鉄皮膜を還元鉄にする。この還元
工程は、露点が−80℃以上、０℃以下に調整された、還
元性雰囲気中で行う。

【００４１】還元温度が550 ℃未満では還元速度が遅
く、鋼板表面に酸化物が残存して、不めっきの原因とな
る恐れがある。還元温度が750 ℃以上になると、上述し
たように還元鉄上層にSi酸化物が表面濃化し、濡れ性お
よび合金化速度が劣化する。

【００４２】還元性雰囲気は、２〜25％の水素(H₂)を含
有するガス組成が好ましい。標準的な鉄還元性雰囲気は
露点が−40℃程度で水素濃度が10％程度である。水素濃
度が高く、露点が低い方が酸化鉄を還元しやすく、ライ
ン速度を速くすることができ、生産性が向上する。前工
程の焼鈍炉とは雰囲気が異なるため、焼鈍炉との間にや
はり雰囲気の遮断を行う必要がある。この遮断には、シ
ールロール、スロート、エアーシールドなどを使用する
ことが好ましい。

【００４３】還元炉内での550 ℃以上、750 ℃未満の温
度への保持時間は、酸化鉄皮膜の還元に必要な時間とす
る。この時間は、酸化鉄量にも依存するが、20〜90秒程
度で十分である。温度保持を行うため、還元炉内でも加
熱設備が一般に必要となる。加熱方式は、誘導加熱、通
電加熱、ラジアントチューブ方式、赤外加熱方式などが
可能である。

【００４４】溶融亜鉛めっき工程以上の条件下で酸化工程、焼鈍工程、および還元工程を
経た後、鋼板を通常はめっき浴温度まで冷却してから、
めっき浴中の溶融亜鉛に浸漬して溶融亜鉛めっきを行
う。このめっき工程自体は、従来と同様の条件下で行え
ばよく、本発明においては特に条件を設定しない。

【００４５】めっき浴は主としてZnとAlで構成されてい
る。Al濃度は0.03％以上、0.3 ％以下とすることが好ま
しく、Al濃度がこの範囲内であれば本発明では十分適応
できる。即ち、本発明では従来よりもAl濃度の幅を広く
することができる。Al濃度の下限はドロス生成によるも
ので、0.03％未満ではドロス発生が多く、操業が困難で
ある。Al量の上限は、本発明の対象製品が主に自動車用
鋼板であるため、Zn−Al合金めっき鋼板は対象外であ
り、溶融亜鉛めっき鋼板と合金化溶融亜鉛めっき鋼板の
製造を目的とするためである。従って、0.3 ％以上のAl
濃度でめっきすることはほとんどない。

【００４６】めっき浴成分としては、他に鋼板の溶出に
よるFeの混入などがあるが、Fe量が0.05％以下 (ドロス
を含まない) であれば影響はない。その他、不可避不純
物としてNi、Co、Cr、Cu、Si、Ti、Li、Nb、Mo、Ta、C
a、Mg、Mn、Ｋ、Na、Pb、Sn、Ｗなどの金属が１種以上
混入していても、各元素当たりの濃度が0.02％以下で合
計の濃度が0.05％以下であれば、影響はほとんどない。

【００４７】めっき浴の温度は、通常は 420〜520 ℃の
範囲である。420 ℃未満では凝固点近傍であるため浴が
凝固することがあり操業が困難となり、520 ℃より高温
ではFe溶出量が増加し、ドロス発生が顕著になる。めっ
き浴の温度上昇を避けるため、めっき浴侵入時の鋼板温
度も 420〜520 ℃の範囲内のめっき浴温度になるべく近
い温度にする。

【００４８】めっき付着量は、従来と同様に、溶融亜鉛
めっき鋼板では両面で40〜300 g/m²、合金化溶融亜鉛め
っき鋼板では片面当たり25〜70 g/m² 程度が普通であ
る。このめっき付着量は、めっき浴の上部に設けた付着
量制御手段 (例、ガスワイピングノズル) によって行わ
れる。

【００４９】めっき工程の終了後、溶融亜鉛めっき鋼板
製品 (ＧＩと略称される) として出荷されるものについ
ては、適当な冷却手段 (例、空冷と水冷) で常温まで冷
却した後、巻き取られる。

【００５０】合金化熱処理工程合金化溶融亜鉛めっき鋼板製品 (ＧＡと略称される) と
するものについては、めっき浴を出た溶融亜鉛めっき鋼
板を、めっき浴のすぐ下流に設けた熱処理炉で加熱し
て、Znめっき層をZn−Fe合金層に変える。この合金化熱
処理も従来と同様に実施すればよく、本発明では特に条
件を設定しない。

【００５１】通常は、温度 480〜600 ℃程度で３〜60秒
間程度の加熱を行うことで、皮膜中Fe濃度を９〜12％程
度に調整したZn−Fe合金層を形成する。加熱雰囲気は大
気中が普通である。熱処理炉を出た合金化溶融亜鉛めっ
き鋼板は、例えば上記と同様に冷却してから、巻き取ら
れる。

【００５２】

【実施例】めっき母材として、表１に示す組成を持っ
た、Si添加量の異なる下記Ａ〜Ｆの６種類の炭素鋼冷延
鋼板の未焼鈍材 (板厚0.8 mm) を、 250×100 mmに裁断
して使用した。

【００５３】

【表１】

【００５４】上記の各鋼板を、予め10％NaOH水溶液で脱
脂した後、所定雰囲気での熱処理が可能で、かつ還元雰
囲気から直接溶融めっきすることが可能な、実験用竪型
溶融めっき装置 (レスカ社製) を用いて、次に述べるよ
うにして(1) 酸化、(2) 焼鈍、(3) 還元の各工程と(4)
溶融めっきを行った。装置内での各加熱時の絶対圧はい
ずれも１気圧であった。

【００５５】(1) 酸化工程 (予備加熱) 脱脂した鋼板は、上記めっき装置の熱処理炉内で、表２
のａ〜ｅに示すO₂濃度が５〜5000 ppmのO₂-N₂ 混合ガス
中または大気中で、表２に示す条件下で 500〜700 ℃の
温度に予備加熱して鋼板表面を酸化し、酸化鉄皮膜を形
成した。鋼板表面の酸化鉄量を溶液分析法によりFe換算
量として測定した。測定結果を表４に示す。

【００５６】

【表２】

【００５７】(2) 焼鈍工程上記ように予備加熱して酸化工程を行った後、鋼板を上
記雰囲気中で一旦200℃まで冷却し、次いで雰囲気ガス
を表３に示す〜のいずれかの非還元性 (微酸化性ま
たは実質的に不活性) ガスに置換し、このガス雰囲気中
で、昇温速度20℃/sにて750 ℃以上、900 ℃以下の到達
温度まで昇温させ、この温度に10〜90秒間保持した後、
冷却速度10℃/sで、750 ℃未満の還元温度まで冷却する
ことによって、焼鈍を行った。焼鈍工程での到達温度と
保持時間および還元温度は表４にまとめて示す。

【００５８】

【表３】

【００５９】(3) 還元工程焼鈍工程で昇温・温度保持後に還元温度まで冷却した
後、雰囲気ガスを露点が−60℃〜０℃、H₂濃度が５〜30
％のN₂-H₂ 混合ガスに置換し、この鉄還元性雰囲気中で
550℃以上、750 ℃未満の温度に昇温させ、この温度に
20〜90秒保持して還元を行った。還元温度と保持時間は
表４に示す。比較のために、還元温度が本発明の範囲外
(550 ℃未満か、750 ℃以上) であるか、或いは雰囲気
ガスが還元性雰囲気ではない (即ち、露点が０℃超) 条
件下で同様に還元を行った。この時の条件も表４に示
す。

【００６０】(4) めっき工程還元工程の加熱・保持が終了した後、この還元性雰囲気
で鋼板温度が約460 ℃になるまで冷却した。冷却した鋼
板を、次いでAl濃度0.03％以上、0.3 ％以下、残部Znか
らなる、浴温460 ℃の溶融亜鉛浴中に浸漬して両面溶融
めっきを行った。めっき浴浸漬時間は２秒であり、ガス
ワイパーによりZn付着量を約60 g/m²(片面当たり) に調
整した。

【００６１】Si＞0.2 ％鋼 (Ｃ〜Ｆ鋼) では、めっき浴
から出た直後の鋼板の目視観察により、溶融亜鉛の濡れ
性を評価し、不めっきのないものを○、あるものを×と
判定した。

【００６２】(5) 合金化熱処理工程めっき後、500 ℃の塩浴で合金化処理し、皮膜中Fe濃度
が９〜11％になった時間を合金化完了時間として測定し
た。合金化時間が30秒未満を○、30秒以上を×と判定し
た。以上の評価の結果も表４に併せて示す。

【００６３】

【表４】

【００６４】表４からわかるように、本発明に従って酸
化鉄量がFe換算量で0.05〜1.0 g/m²となるように鋼板表
面を酸化した後、非還元性雰囲気中で酸化鉄量がFe換算
量で1.0 g/m²を超えないように焼鈍し、次いで750 ℃未
満で還元するという工程順でめっき前処理を行うことに
より、Si添加鋼の溶融亜鉛めっき後の合金化が短い時間
で完了し、またSi＞0.2 ％鋼の不めっきを防止すること
ができた。

【００６５】しかし、比較例のように、還元条件が本発
明の範囲外では、合金化促進効果は得られず、また多く
の例で不めっきが発生した。なお、還元温度が550 ℃よ
り低いか、露点が０℃超の比較例では、Siが0.2 ％以下
の鋼Ａ、Ｂでも不めっきが起こっている。これは、還元
温度が低いか、雰囲気が還元性でないため、酸化鉄皮膜
が残存し、この残存酸化鉄皮膜により濡れ性が低下した
ためである。これらの鋼では、還元温度が750 ℃以上の
比較例では酸化鉄皮膜が完全に還元され、不めっきは起
こらなかった。一方、Si＞0.2 ％鋼である鋼Ｃでは、還
元温度が750 ℃以上でも、不めっきが発生した。この不
めっきの原因は、Si酸化物の表面濃化による濡れ性の低
下であると考えられる。

【００６６】

【参考例】従来法と同様のめっき前処理方法として、予
備加熱 (酸化工程) までを上記の実施例と同様に行った
後、焼鈍を還元性雰囲気で行う還元焼鈍法により、焼鈍
と還元を同時に行い、その後は実施例と同様にめっきお
よび合金化熱処理を施した場合の処理条件および評価の
結果を表５に示す。還元焼鈍時のガス雰囲気は、10％H₂
−N₂混合ガスであり、露点は−40℃であった。

【００６７】

【表５】

【００６８】表５からわかるように、従来の一般的な方
法である、還元と焼鈍を同時に行う還元焼鈍法では、Si
添加鋼の溶融亜鉛めっき後の合金化速度が遅く、さらに
Si＞0.2 ％鋼では不めっきが発生した。この不めっきの
原因も、還元温度が高すぎるためのSi酸化物の表面濃化
にあると考えられる。特に、Si量が多い鋼種Ｅ、Ｆで
は、不めっきが多発して、合金化熱処理が不可能となっ
た。

【００６９】

【発明の効果】以上に説明した通り、本発明によれば、
Si添加高張力鋼板の溶融亜鉛めっきにおいて、不めっき
を防止することができ、まためっき後に合金化熱処理す
る場合の合金化速度を高めることができる。従って、本
発明の方法により、Si添加高張力鋼板を母材として、高
品質の溶融亜鉛めっき鋼板および合金化溶融亜鉛めっき
鋼板を効率的かつ経済的に製造することができる。本発
明の方法で製造されためっき鋼板は、特に自動車用材料
として好適であるが、比較的安価に製造できるため、家
電製品や建材などの他の用途にも有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を実施するのに適した溶融亜鉛め
っきラインの模式図である。

フロントページの続き (56)参考文献特開平６−306561（ＪＰ，Ａ) 特開平６−256920（ＪＰ，Ａ) 特開平６−212385（ＪＰ，Ａ) 特開平５−271891（ＪＰ，Ａ) 特開平５−271894（ＪＰ，Ａ) 特開平５−51714（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C23C 2/00 - 2/40

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】 Si＞0.05wt％の高張力鋼材を、Fe換算で
0.05g/m²以上、1.0g/m²以下の酸化鉄量となるように予
備加熱で酸化させ、次いで750 ℃以上、900℃以下の温
度の非還元性雰囲気中で酸化鉄量がFe換算で1.0 g/m²を
超えないように熱処理し、この雰囲気中で750 ℃以下ま
で冷却した後、750 ℃未満、550 ℃以上の還元性雰囲気
中で還元し、溶融亜鉛めっきを施し、さらに合金化熱処
理を行って合金化溶融亜鉛めっき鋼材を得ることを特徴
とする、Si添加高張力鋼材の溶融亜鉛めっき方法。
【請求項２】 Si＞0.2 wt％の高張力鋼材を、Fe換算で
0.05g/m²以上、1.0g/m²以下の酸化鉄量となるように予
備加熱で酸化させ、次いで750 ℃以上、900℃以下の温
度の非還元性雰囲気中で酸化鉄量がFe換算で1.0 g/m²を
超えないように熱処理し、この雰囲気中で750 ℃以下ま
で冷却した後、750 ℃未満、550 ℃以上の還元性雰囲気
中で還元し、溶融亜鉛めっきを施して溶融亜鉛めっき鋼
材を得ることを特徴とする、Si添加高張力鋼材の溶融亜
鉛めっき方法。